Emil Żółtogórski Kierownik Działu Informatyki Miejskie Przedsiębiorstwo Komunikacyjne Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością we Wrocławiu PROBLEMY EKSPLOATACYJNE I STRATEGIA ROZWOJU WROCŁAWSKIEJ TETRY W referacie zaprezentowano system radiowej łączności dyspozytorskiej zbudowany zgodnie ze standardem TETRA (ETSI), którego właścicielem jest Miejskie Przedsiębiorstwo Komunikacyjne Sp. z o.o. we Wrocławiu. Szczególną uwagę zwrócono na budowę mechaniczną i funkcjonalną systemu oraz na problemy jakie pojawiły się w trakcie jego wdrażania i eksploatacji. Dodatkowo uwypuklono te cechy zastosowanego rozwiązania, które przyczyniły się do wzrostu wydajności realizowanych przez MPK Sp. z o.o. zadań komunikacyjnych. 1. Potrzeba łączności W roku 2001 miało stracić ważność pozwolenie radiowe, wydane dla MPK Sp. z o.o., na częstotliwości wykorzystywanego ówcześnie analogowego systemu łączności radiowej w paśmie 300 MHz. Jednocześnie nie było możliwości przedłużenia tego pozwolenia na kolejne lata. Również Gmina Wrocław nie dysponowała wówczas jednolitym systemem łączności radiowej, który mógłby zostać wykorzystany do zapewnienia łączności radiowej pomiędzy pojazdami komunikacyjnymi a dyspozytornią. W związku z powyższym w roku 1999 MPK Sp. z o.o. we Wrocławiu i władze Gminy Wrocław, podjęły wspólne działania polegające na budowie jednolitego systemu łączności bezprzewodowej, obejmującego swoim zasięgiem obszar całej gminy. Wśród podstawowych wymogów, dotyczących parametrów radiowych, jak i funkcjonalnych, jakie zostały postawione przed realizowanym systemem, najistotniejszy był wymóg odpowiednio dużego zasięgu (obszar całej Gminy Wrocław) oraz możliwość obsługi od 900 do 1200 terminali abonenckich należących zarówno do Miejskiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego, jak i wszystkich służb miejskich, także w sytuacjach nadzwyczajnych zagrożeń w zakresie transmisji głosu oraz danych. Niezbędnymi cechami projektowanego systemu łączności miały być również te, które umożliwią: przystosowanie do warunków pracy charakterystycznych dla stanu klęski żywiołowej, uzyskanie odporności na zakłócenia i gwarancji skuteczności w stanach kryzysowych, integrację wszystkich użytkowników pracujących w ustalonym obszarze w sytuacjach kryzysowych, integrację łączności radiotelefonicznej z innymi systemami telekomunikacyjnymi i informatycznymi, minimalizację stałych kosztów utrzymania i eksploatacji, szybką rozbudowę, zdalną diagnostykę i sterowanie, budowanie aplikacji pomocniczych i sterujących tj. AVL, e-bilet. Wstępna koncepcja budowy wrocławskiego systemu łączności, spełniająca podstawowe wymagania, opracowana przez pracowników naukowych Instytutu Telekomunikacji i Akustyki Politechniki Wrocławskiej, zakładała zbudowanie systemu 1
składającego się z trzech stacji bazowych umiejscowionych w obiektach MPK Sp. z o.o. przy ulicach: 1. Słowiańskiej nr 15, wys. masztu 60m, 2. Powstańców Śląskich nr 209, wys. masztu 35m, 3. Osinieckiej, wys. masztu 35m, Zgodnie z tą koncepcją, do obsługi 1200 abonentów końcowych z prawdopodobieństwem wystąpienia zajętości równym 2%, przy założeniach średniego czasu trwania połączenia 40 s i średnim ruchu przypadającym na jednego abonenta 36,68 merl, każdą stację bazową należało wyposażyć w siedem kanałów radiowych. Ze względu na ograniczenia finansowe oraz brak dostatecznej liczby przyznanych przez URTiP częstotliwości (zostały przyznane tylko 4), realizacja systemu zgodnie ze wstępną koncepcją okazała się niemożliwa. Zdecydowano się więc na ograniczenie liczby stacji bazowych do jednej, ale zainstalowananej na bardzo wysokim obiekcie z uruchomionym układem antenowych wyposażonym w system odbioru zbiorczego przestrzennego, godząc się w ten sposób na prawdopodobne niewielkie zmniejszenie zasięgów radiowych i pojemności ruchowej systemu. Jednocześnie poprzez odpowiednią konfigurację funkcjonalną systemu zmniejszono prawdopodobieństwo wystąpienia zajętości. Wszystkie prace logistyczne i wdrożeniowe związane z budową systemu trwały ponad 4 lata, aż w czerwcu 2003 roku MPK Sp. z o.o. stało się właścicielem systemu łączności radiowej zbudowanego zgodnie ze standardem ETSI: TETRA, którego całkowity koszt budowy przekroczył 11 mln zł. Jednocześnie w zawartych z Gminą Wrocław porozumieniach MPK Sp. z o. o. zobowiązało się do odpłatnego świadczenia usług radiotelekomunikacyjnych dla wszystkich podmiotów miejskich. Wdrożony we Wrocławiu system jest najnowocześniejszym i pierwszym w Polsce cywilnym systemem trankingowym zbudowanym zgodnie ze standardem TETRA w ramach którego pracuje wiele różnych podmiotów. Spełnia on prawie wszystkie wymogi, jakie są stawiane przed systemami, w których muszą współpracować służby miejskie, komunikacyjne oraz zarządzania kryzysowego. Z chwilą jego wdrożenia MPK Sp. z o.o. we Wrocławiu została wyposażona w niezawodne narzędzie ułatwiające zarządzanie flotą ponad 700 pojazdów oraz pozwalające zwiększać przychody Spółki poprzez świadczenie usług radiotelekomunikacyjnych podmiotom zewnętrznym. 2. Budowa systemu Obecnie wdrożony system, zbudowany w oparciu o infrastrukturę włoskiej firmy Marconii, o handlowej nazwie Elettra, oraz radiotelefony firmy Motorola, składa się z jednej Stacji Bazowej (BS), jednego Centrum Sygnalizacji i Sterowania (SCN-T) z podłączonymi dwoma stanowiskami administratora systemu (NMS), dwóch liniowych stanowisk dyspozytorskich (LDS) oraz trzech radiowych stanowisk dyspozytorskich (RDS) [Rys. 1]. Stacja Bazowa (BS) systemu, która odpowiada za zapewnienie standardowego interfejsu radiowego TETRA dla radiotelefonów znajdujących się na lokalnym obszarze pokrycia, wykorzystująca cztery częstotliwości nośne, została zainstalowana w byłych pomieszczeniach magazynowych wysokiego komina (180 m) Zespołu Elektrociepłowni Wrocławskich Kogeneracja S.A. przy ulicy Łowieckiej nr 24 we Wrocławiu. Pomieszczenia, w których zamontowano BS wraz z modułami zasilającymi, zostały wyposażone w system wentylacyjno-klimatyzacyjny utrzymujący wewnątrz tych pomieszczeń stałą temperaturę oraz wilgotność. Wszystkie podzespoły BS wraz z generatorem zasilania awaryjnego zostały zamontowane na specjalnych podwyższeniach, zabezpieczających całość systemu przed zalaniem. Każdy moduł (element BS), który może 2
ulec awarii (moduły zasilaczy, moduły głównych procesorów sterujących, itd.) został zabezpieczony przed uszkodzeniem poprzez zastosowanie dodatkowych modułów redundantnych pracujących w trybie gorącej rezerwy. Całość Stacji Bazowej zasilana jest z sześciu niezależnie pracujących zasilaczy, przy czym do poprawnej pracy Stacji Bazowej wystarczy tylko jeden z nich. Natomiast dwa zasilacze obsługują elementy składowe linii radiowej łączącej Stację Bazową z Centrum Sygnalizacji i Sterowania. Całość urządzeń zainstalowanych w pomieszczeniach elektrociepłowni jest zasilana z jej sieci wewnętrznej, a w razie zaniku zasilania w sieci wewnętrznej elektrociepłowni, z generatora zasilania awaryjnego. Jedynymi elementami BS pozbawionymi redundancji typu gorąca rezerwa są moduły nadawczo-odbiorcze. Niemniej uszkodzenie jednego z tych modułów nie spowoduje blokady całego systemu a jedynie zmniejszy jego pojemność. Rys 1. Struktura organizacyjna wrocławskiego systemu łączności Związany ze Stacją Bazową system antenowy został zamontowany na kominie, w którego dolnych pomieszczeniach zainstalowano podzespoły Stacji Bazowej. Na wysokości 135 m zainstalowano anteny odbiorcze, a na wysokości 90 m anteny nadawczo-odbiorcze. Zrealizowano w ten sposób system odbioru zbiorczego przestrzennego, zmniejszając liczbę miejsc w obszarze działania systemu, w których występują zaniki sygnału związane z propagacją wielodrogową. Uzyskano w ten sposób znacznie większe od przewidywanych pokrycie radiowe systemu. Łączność jest zapewniona na terenie całej Gminy Wrocław, nie tylko z radiotelefonów przewoźnych (zainstalowanych na pojazdach o maksymalnej mocy nadawania 3W), ale także z radiotelefonów przenośnych (o maksymalnej mocy nadawania 1W). Spełniono w ten sposób jeden z podatkowych wymogów, jaki był stawiany przed realizowanym systemem. 3
Istotną zaletą zainstalowanego we Wrocławiu systemu, zwiększającą jego niezawodność i odporność na awarie jest swoista samodzielność Stacji Bazowej (BS). Samodzielna Stacja Bazowa, odłączona od Centrum Sygnalizacji i Sterowania (SCN-T) może realizować podstawowe usługi (połączenia grupowe i indywidualne, itd.), nie ma natomiast możliwości zarządzania systemem oraz dokonywania identyfikacji radiotelefonów oraz ich uprawnień w systemie. Centrum Sygnalizacji i Sterowania (SCN-T), odpowiedzialne za komutację realizowanych połączeń oraz za współpracę z innymi urządzeniami i systemami wraz z jednym ze stanowisk administratora systemu (NMS), umożliwiającym zdalne zarządzanie większą ilością węzłów SCN-T, pełną wizualizację funkcjonowania systemu oraz zarządzanie abonentami i zabezpieczeniami, zostały zainstalowane w pomieszczeniach Wydziału Bezpieczeństwa i Zarządzania Kryzysowego Urzędu Miejskiego. Również w przypadku Centrum Sygnalizacji i Sterowania zastosowano redundancje podstawowych i niezbędnych dla prawidłowego funkcjonowania systemu modułów (zasilaczy oraz kart głównych procesorów sterujących). Zrezygnowano natomiast z redundancji pozostałych elementów SCN-T tj. komputerów (TSU) umożliwiających podłączenie liniowych stanowisk dyspozytorskich (LDS), linii zewnętrznych (PSTN i PABX) oraz stanowiska administratora systemu. Ich poprawne działanie jest niezbędne do zarządzania abonentami oraz wprowadzania zmian w konfiguracji systemu, ale nie jest niezbędne do świadczenia przez system podstawowych usług tj. zestawiania połączeń grupowych i indywidualnych, przesyłania krótkich wiadomości tekstowych (SDS) oraz transmisji danych. Awaria któregokolwiek z dwóch komputerów TSU lub komputera związanego ze stanowiskiem NMS spowoduje pewną dysfunkcję systemu, ale można ją traktować jako przejściową sytuację awaryjną, o której istnieniu większość abonentów końcowych nie będzie nawet wiedzieć. Wszystkie urządzenia związane z SCN-T oraz NMS są podłączone do wewnętrznego zasilania budynku, w tym do generatora zasilania awaryjnego związanego z WBZK. Dodatkowy terminal administratora (NMS), wraz z komputerem umożliwiającym analizowanie danych bilingowych zainstalowano w siedzibie MPK Sp. z o.o., który jest połączony z urządzeniami SCN-T za pomocą linii kablowej, dzierżawionej od operatora zewnętrznego. Urządzenia Stacji Bazowej (BS) oraz Centrum Sygnalizacji i Sterowania (SCN-T) są połączone ze sobą redundantną linią radiową, pracującą w paśmie 23 GHz. Niewielka odległość pomiędzy zespołami nadawczo-odbiorczymi linii radiowej (ok. 2,5 km) oraz ich dogodne umiejscowienie powodują, że stosunek sygnał/szum na wejściu odbiorników wynosi ok. 45dB. a w trakcie ponad dwuletniej pracy linii radiowej nie zanotowano przekłamania ani jednego bitu. Dodatkowo, w pomieszczeniach WBZK, zainstalowano dwa liniowe stanowiska dyspozytorskie (LDS), bezpośrednio podłączone do systemu, umożliwiające jednoczesne prowadzenie do 15 rozmów grupowych i 3 indywidualnych oraz posiadające podstawowe uprawnienia w zakresie zarządzania abonentami oraz grupami. Dla dyspozytorów Straży Miejskiej i MPK zakupiono radiowe stanowiska dyspozytorskie (RDS), w których skład wchodzi radiotelefon z rozszerzoną głowicą oraz komputer PC z ciekłokrystalicznym wyświetlaczem. Szereg dodatkowych funkcji stanowiska RDS znacznie ułatwia prace dyspozytora, ponieważ w porównaniu ze standardowym radiotelefonem przewoźnym, interfejs graficzny jest bardziej przystępny. Duże znaczenie ma również uproszczona obsługa oraz baza danych użytkowników systemu. 4
4. Funkcjonalność systemu Organizacja łączności (stworzenie planu numeracyjnego abonentów i grup) w tego typu systemach, w szczególności obsługujących wielu niezależnych użytkowników, nie jest prosta i wymaga szczegółowego zapoznania się ze specyfiką pracy poszczególnych użytkowników. We wrocławskim systemie TETRA stworzono kilkadziesiąt grup rozmównych przyznanych poszczególnym służbom (użytkownikom) a ich struktura została dopasowana do wewnętrznej organizacji oraz specyfiki pracy poszczególnych użytkowników. Dla potrzeb wrocławskiej spółki komunikacyjnej w zakresie łączności głosowej stworzono 5 grup rozmównych, założono przy tym, że podstawowym typem połączeń stosowanych w zbudowanym systemie będą połączenia grupowe (typu jeden do wszystkich), w których jeden abonent transmituje a wielu abonentów, należących do tej samej grupy, słucha. Wszystkie połączenia pomiędzy pojazdami a dyspozytornią są realizowane w zakresie dwóch grup użytkowników, osobno dla pojazdów autobusowych i tramwajowych. Dodatkowo kierowca lub motorniczy może indywidualnie porozumieć się jedynie z dyspozytorem. Zlikwidowano w ten sposób możliwość indywidualnego porozumiewania się pomiędzy pojazdami, również przy pomocy SDS-ów. Rozwiązanie takie umożliwia dyspozytorowi kontrolującemu pracę poszczególnego typu pojazdów na mieście prowadzenie stałego nasłuchu prowadzonych rozmów. W przeciwnym przypadku prowadzący pojazdy mogliby informować się nawzajem np. o prowadzonych akcjach kontrolnych, itd. Pozostałe grupy rozmówne służą do porozumiewania się służb ratowniczych w tym pogotowi technicznych i dźwigowych oraz pojazdów związanych bezpośrednio z dyspozytornią. Należy zaznaczyć, że kierowcy pogotowi technicznych i dźwigowych mogą prowadzić rozmowy indywidualne jedynie z innymi służbami, natomiast pojazdy dyspozytorskie z wszystkimi innymi pojazdami oraz połączenia indywidualne zewnętrzne. Wybieranie numerów przy połączeniach indywidualnych zostało tak zorganizowane, aby było jak najprostsze, bardzo intuicyjne oraz powiązane z przyzwyczajeniami pochodzącymi z wcześniejszych systemów łączności. Prowadzący pojazd transportowy chcąc połączyć się indywidualnie z dyspozytorem wybiera tylko jedną cyfrę (1 lub 4 dla dyspozytora tramwajowego, 2 lub 5 dla kierownika zmiany, 3 lub 6 dla dyspozytora autobusowego). Realizowanie połączeń indywidualnych z innych pojazdów polega na wybraniu dwu lub trzy cyfrowego numeru skróconego. Wdrożony we Wrocławiu schemat organizacyjny łączności głosowej jest kompromisem pomiędzy możliwościami technicznymi systemu zbudowanego w standardzie TETRA a rzeczywistymi potrzebami spółki komunikacyjnej. Organizacja bardzo dużych grup użytkowników niesie z sobą poważne zagrożenia związane przede wszystkim z dużym szumem informacyjnym w zakresie jednej grupy, ponieważ wszystkie połączenia są słyszane we wszystkich pojazdach. Niemniej przeprowadzone w trakcie wdrażania systemu próby zastosowania wielu małych grup rozmównych, związanych z poszczególnymi liniami nie zostały zakończone powodzeniem. Rozwiązanie takie w znacznym stopniu utrudniało prace dyspozytora, który musiał kontrolować kilkanaście grup pojazdów, co znacznie przekraczało jego możliwości werbalne. 5. Proces wdrożenia systemu Całość prac związanych z budową i uruchomieniem wrocławskiego systemu łączności trwała ponad rok. Okres ten był związany przede wszystkim z prowadzeniem żmudnych i długotrwałych testów zastosowanego rozwiązania składającego się z infrastruktury i radiotelefonów pochodzących od różnych producentów. W trakcie prowadzenia badań wykryto szereg różnic w implementacji standardu TETRA w poszczególnych rozwiązaniach 5
firmowych, co uniemożliwiało realizowanie szeregu funkcji dodatkowych opisanych w dokumentach ETSI. Różnice te polegały przede wszystkim na sposobie realizacji transmisji danych, filozofii obsługi trybu awaryjnego, ilości i sposobie przekazywania informacji pomiędzy infrastrukturą systemu a radiotelefonami oraz interpretacją poszczególnych bitów sterujących. Dodatkowo wskazano na kilka funkcjonalności w trakcie realizacji, których infrastruktura wykazywała się niestabilnością pracy, co wymagało wykonania licznych korekt oprogramowania przez producenta systemu. Fakt ten w znaczącym stopniu wydłużał i utrudniał prowadzenie prac odbiorczych całości instalacji. Niemniej, pomimo występujących w trakcie budowy systemu licznych problemów, udało stworzyć się rozwiązanie, które od ponad trzech lat pracuje stabilnie realizując wszystkie zakładane i wymagane funkcjonalności. 6. Wady zastosowanego rozwiązania i plany rozwojowe W chwili obecnej do najważniejszych wad systemu należą: istniejąca tylko jedna stacja bazowa (BS) oraz ograniczona pojemność systemu w zakresie obsługi radiotelefonów do ok. 1000. Centralizacja punktów nadawczo odbiorczych znacznie zmniejsza odporność systemu na zakłócenia, ogranicza pojemność dla ilości jednocześnie prowadzonych rozmów oraz transmisji danych. Jednocześnie zwiększa się prawdopodobieństwo wystąpienia dużej awarii (uniemożliwiającej nawiązanie jakiejkolwiek łączności). Pomimo osiągnięcia dobrych parametrów radiowych i funkcjonalnych zbudowanego we Wrocławiu systemu, planowana jest jego dalsza rozbudowa. Rozwój systemu poprzez dodanie dwóch kolejnych stacji bazowych oraz wymianę Centrum Sygnalizacji i Sterowania (SCN-T) w celu zwiększenia jego pojemności oraz niezawodności jest krokiem koniecznym w szczególności wobec planów budowy przez MPK systemu zarządzania flotą pojazdów (AVL), systemu elektronicznego biletu w wersji online (transakcja jest przeprowadzana na centralnym serwerze a nie w kasowniku), budowy systemu sterowania stacjami prostownikowymi i odłącznikami trakcji tramwajowej oraz znacznego zwiększenia ilości świadczonych usług radiotelekomunikacyjnych. Wobec powyższych planów w roku 2004 uzyskano od Urzędu Regulacji Telekomunikacji i Poczty rezerwację kolejnych 8 kanałów częstotliwościowych na potrzeby rozbudowy obecnie stosowanego systemu. 7. Wykorzystanie systemu Z chwilą uruchomienia, w roku 2003 system obsługiwał 618 urządzeń końcowych i był wykorzystywany głównie przez pojazdy MPK Sp. z o. o. (492 radiotelefony), Straż 6
1200 1000 Liczba radiotelefonów 800 600 400 MPK Sp. z o.o. Gmina Wr. 200 0 od 06.2003 2004 2005 do 08.2006 Lata Miejską miasta Wrocławia, Wydział Bezpieczeństwa i Zarządzania Kryzysowego oraz Wydział Transportu Urzędu Miejskiego (126 radiotelefonów), przy czym usługi dla podmiotów związanych z gminą były i są do chwili obecnej świadczone na podstawie długoletnich umów. W roku 2004 MPK Sp. z o.o. dokupiło 111 urządzeń końcowych a w roku 2005 podmioty związane z Gminą Wrocław oraz Strażą Miejską zwiększyły liczbę radiotelefonów do 319. Również w roku 2005 do systemu zostały włączone kolejne podmioty, w tym: Straż Pożarna oraz Pogotowie Ratunkowe. Jednocześnie został uruchomiony automatyczny system pomiaru poziomu wody na rzece Odrze oraz system sterownia syrenami alarmowymi, co pozwoliło wykorzystać możliwości systemu w zakresie transmisji danych. W roku 2006 zanotowano nieznaczny wzrost liczby użytkowanych radiotelefonów zarówno po stronie MPK jak i podmiotów związanych z Gminą Wrocław. Wzrost liczby obsługiwanych przez system urządzeń w ciągu trzech lat funkcjonowania wyniósł ponad 35 % [Rys. 2]. Należy zauważyć, że możliwości systemu, w zakresie transmisji głosu i danych są bardzo duże. Można więc oczekiwać, w latach następnych, znacznego wzrostu liczby obsługiwanych podmiotów, w tym również o podmioty komercyjne i co jest z tym związane znacznego wzrostu generowanych przez system przychodów. 7